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자가 치유 콘크리트의 연구 현황
최근 몇 년 동안 국내외에서 스마트 바이오닉 콘크리트에 대한 연구가 진행되었지만, 몇 가지 가치 있는 성과를 거두었다. 시멘트 기반 전도성 복합 재료, 시멘트 기반 자성 복합 재료, 자기장과 전자파를 차단하는 시멘트 기반 복합 재료, 자체 진단이 손상된 시멘트 기반 복합 재료, 환경 온습도를 자동으로 조절하는 시멘트 기반 복합 재료 등이 있습니다. 그러나 콘크리트 구조물의 균열과 손상을 시기 적절하고 효과적이며 신속하게 보수하고 치유하는 방법은 아직 비교적 완벽한 이론과 성숙한 기술을 형성하지 못하고 있다. 현재 미국 일본 등 소수국만이 연구실 탐색 단계에 있어 실질적인 진전을 이루지 못했다.
콘크리트 균열 자체 보호 연구는 1925 로 거슬러 올라갑니다. 아브람은 콘크리트 시편의 인장 강도 실험이 균열된 후 8 년 동안 실외에 두었는데, 균열이 아물고 강도가 두 배로 증가한 것을 발견했다. 나중에 노르웨이 학자 스테판 제이콥슨의 연구에 따르면 콘크리트는 동결 융해 파괴 후 물에 2 ~ 3 개월 동안 방치한 후 압축 강도가 4 ~ 5% 로 회복됐다. 콘크리트 균열의 자기보호 문제에 대해 국내외 연구자들은 여러 가지 방법을 제시했다. 생물계에서 영감을 받아 연구원들은 동물의 뼈 조직 구조와 외상 후 재생 회복의 기제를 모방하고 접착 소재와 기저재료를 결합하는 방법을 채택하여 손상 후 자가 복구 및 재생 기능을 갖추고 있다. 콘크리트의 기존 그룹에서 특수 그룹을 합성하거나 콘크리트에 지능형 생체 자기 치유 네트워크 시스템을 형성합니다. 콘크리트 재료에 균열이 생겼을 때, 일부 접착제가 흘러나와 균열로 깊숙이 들어가 콘크리트 균열이 다시 아물게 한다.
J.- 미국 캘리포니아 대학 버클리 분교의 일본 학자 S.Ryu 와 도쿄 공업대 교수 노부 아키오 Tsuki 는 전기화학 기술로 철근 콘크리트 균열을 보수하는 연구를 몇 가지 해 실험 결과를 얻었다. 먼저, 그들은100 ×100 × 200mm 의 콘크리트 시편에 균열을 미리 제작합니다. 균열은 표면 균열일 수도 있고 관통 균열일 수도 있습니다. 그런 다음 사전 제작된 균열 샘플을 0. 1mol/L MgC 12 또는 Mg(NO3)2 용액에 담그고 전류 밀도는 0.5 ~ 65432 입니다. 갈라진 끝 부근의 전류 밀도가 높기 때문에, 갈라진 끝에 먼저 전착이 형성되고, 갈라진 끝의 곡률 반경이 점차 증가하여, 결국 완전히 둔화될 수 있다. 그런 다음 콘크리트 표면에 약 0.5~2mm 의 전착을 덮습니다. 전기가 들어오기 2 주 전에 균열이 가장 빨리 닫히고, 4 ~ 8 주 후에 균열이 거의 완전히 닫히고 침투율이 떨어집니다. 일부 학자들은 콘크리트에 특수한 활성 무기질 시멘트질 재료와 유기화합물을 첨가하여 자신의 진일보한 수화 반응과 유기물의 알칼리성 조건 하에서의 느린 경화에 의지하여 콘크리트 균열을 자가 복구, 자태화 목적을 달성한다.
1990 년대 초, 일본 동북대학 학자 히로조 미츠하시 교수는 중공 캡슐이나 유리섬유와 접착제를 콘크리트 재료에 섞어 각각 물유리, 희석 물유리, 에폭시 수지를 보수제로 사용하여 중공 캡슐이나 중공 유리 섬유에 주입했다. 콘크리트가 외부 힘의 작용으로 균열되면 일부 캡슐이나 중공섬유가 파열되고 접착제가 균열로 흘러나와 콘크리트의 균열이 다시 아물게 된다. 이들의 테스트 방법은 7 일과 28 일 연령의 콘크리트 시제품을 만들어 각기 다른 보수제가 균열을 보수한 후 콘크리트 시편의 강도 회복률을 테스트하는 것이다.
일본 학자 전궁늪도 자가 복구 콘크리트의 섬유 함량, 크기, 물회비가 콘크리트 자가 수리에 미치는 영향을 연구했다. 지름이 3 mm ~ 5 mm 이고 함량이 3% ~ 5% 인 유리 섬유는 콘크리트의 압축 강도에 큰 영향을 주지 않습니다. 그러나 유리 섬유가 너무 많으면 콘크리트 강도가 떨어질 수 있다. 서로 다른 물회비는 콘크리트를 보수하는 압축 강도에도 큰 영향을 미친다. 물-시멘트 비율이 클수록 콘크리트의 압축 강도가 낮아집니다.
일리노이 대학의 Carolyn Dry 교수는 65438 에서 0994 까지 아세탈 중합체 용액을 중공 유리섬유나 중공 유리 단관에 접착제로 주입해 콘크리트에 묻어서 지능형 생체 자기 치유 신경망 시스템을 형성했다. 콘크리트 구조물이 사용 중에 손상 균열이 발생하면 파이프나 단관에 포함된 보수제가 흘러나와 균열에 스며들고, 화학작용으로 인해 굳어져 균열을 억제하고, 균열을 보수한다. 3 점 굽힘 시험을 거쳐 수리한 콘크리트 시편의 강도가 원래보다 크게 향상되었으며 재료의 연성도 크게 개선되었다는 것을 발견했다.
1995 년 미국 국립과학재단 (National Science Foundation) 은 일리노이 대학과 협력하여 콘크리트 구성요소의 균열 가능성을 감지하고 치유할 수 있는 수리 접착제를 충전하는 감지 장치를 제시했습니다. 이를 통해 콘크리트의 자체 진단, 자가 복구를 실현할 수 있습니다.
1996 기간 동안 미국 일리노이대 ATRE 연구소는 콘크리트 교량 상판에 저계수 패치 접착제가 포함된 패치관을 미리 설치했습니다. 콘크리트가 가로로 수축할 때 파이프는 측면 수축 변형으로 인해 끊어지고 패치 접착제는 파이프 외부에 남아 교량 상판 균열을 채웁니다. 실험은 이 방법이 교량 상판의 측면 수축으로 인한 균열을 보수하는 것이 가능하다는 것을 증명했다. 접착제의 저탄성 계수를 보수하기 때문에 골절 치유 영역은 균열 전보다 더 큰 변형 저항을 가지고 있다.
이를 바탕으로 Carolyn Dry 교수는 동물 골격의 구조와 형성 메커니즘에 따라 생체 모방 콘크리트 재료를 준비하려고 시도했다. 기본 원리는 인산 칼슘 시멘트 (단량체 포함) 를 매트릭스 재료로 다공성 직물 섬유망을 추가하는 것이다. 시멘트 수화 경화 과정에서 다공성 섬유는 중합 개시제를 방출하고, 단량체와 중합하여 고중합체를 형성하고, 중합반응에 의해 남겨진 물은 시멘트 수화에 참여한다. 그 결과, 섬유망의 표면에 대량의 유기와 무기물질이 형성되어 서로 산재 및 결합되었다. 최종 복합 재질은 동물의 골격 구조와 유사한 무기-유기 복합 재질로, 성능과 확장성이 뛰어납니다. 또한 재질 사용 중 균열이나 손상이 발생할 경우 다공성 유기섬유는 중합체를 방출하고 균열 또는 손상을 치유합니다. 일본 학자 H.Hilalshi 와 영국 학자 S.M.Bleay 는 각각 1998 과 200 1 에서 균열에 대한 응결에 대한 자기 보호 작용을 비슷한 방법으로 연구했다. 현재 우리나라의 스마트 재질 구조에 대한 연구는 일반적으로 자체 진단과 적응 기능에 초점을 맞추고 있으며, 자체 복구에 대한 연구는 아직 초기 단계에 있다.
남경항공우주대학교 지능소재와 구조항공과학 및 기술중점 실험실은 국내 지능복합소재 연구 분야에서 선두를 달리고 있다. 1997 에서 그들은 SMA (모양 메모리 합금) 와 액심 광섬유를 이용하여 복합 재질 구조의 손상을 스스로 진단하고 복구하는 방법을 연구했다. 전체 방안을 분석해 에폭시 수지 E44 와 E5 1 으로 예비 실험을 했다. 모양 기억 합금과 액심 광섬유가 콘크리트에 묻혔고, 광섬유의 방출 빛은 광민관에 의해 수신된다. 손상이 발생할 때, 액체 코어 광섬유로 구성된 자체 진단, 자가 복구 네트워크는 접착제를 손상 부위로 유입시키는 한편, 손상 부위의 SMA 단섬유는 국부적으로 자극되어 국부 압력 응력을 발생시켜 손상 부위의 액체 코어 광섬유가 부러지고 접착됩니다. 파손된 부분은 스스로 수리하는데, 수심 섬유에 들어 있는 접착제가 파손된 부분으로 흐를 때 SMA 에 의해 발생하는 열이 고화 품질을 크게 높여 자가 수리를 더 잘 할 수 있다.
200 1, 난징항공우주대 양홍은 중공섬유를 이용해 지능 구조의 자체 진단과 자가 수리를 제안했다. 이 글은 지능형 구조용 중공섬유의 연구 방법을 창시하고 그 응용에 대해 연구하였다. 또한 중공 광섬유에 내장된 복합 재질 진단 복구 시스템을 설계하여 복합 재질의 손상 정도와 위치를 감지하고 손상 부위를 자가 복구할 수 있습니다. 모양 기억 합금 (SMA) 와이어도 복합 재질에 내장되어 복합 재질의 강도, 안전성 및 신뢰성을 높입니다. 연구 대상은 종이 벌집과 수지 기반 복합 재료로, 중공섬유 주입을 통해 복합 재료의 자가 수리를 연구한다. 실험 결과, 복원된 종이 벌집 복합재는 재질의 정상 성능에 완전히 도달했으며, 완전히 손상된 경우 복구 후 수지 기반 복합재의 인장 및 압축 성능이 크게 회복된 것으로 나타났다.
동제대 콘크리트 재료 연구 국가 중점 실험실 연구의 생체모방 자가 치유 스마트 콘크리트는 트라우마의 생물인식과 생물조직이 상처 부위를 치유하는 기능을 모방했다. 바이오닉 센서, 접착제가 있는 액심 섬유 등과 같은 여섯 번째 그룹은 콘크리트의 기존 그룹과 결합되어 콘크리트 내부에 지능형 바이오닉 자체 진단 자가 치유 네트워크 시스템을 형성합니다. 바이오닉 센서는 콘크리트 재료가 손상되었을 때 제때에 진단하고 경고할 수 있다. 콘크리트 재료에 미세한 균열이 생기면 일부 수심 섬유가 끊어지고 접착제가 균열로 흘러나와 콘크리트 균열이 다시 아물게 되고 콘크리트 재료의 성능이 회복되고 향상된다. 이 지능형 복합 재료 연구는 콘크리트 재료의 사전 진단, 실시간 모니터링 및 적시 복구를 실현하여 고급 의식으로 콘크리트 구조의 안전을 보장하고 콘크리트 구조의 수명을 연장할 수 있습니다.